Всем привет. С вами компания 3Dtool!
Дороже — не всегда лучше, особенно на первых порах, когда еще предстоит изучить все тонкости работы с FDM 3D-принтерами. В этой статье рассказываем о наиболее подходящих расходных материалах для начинающих пользователей.
Содержание:
В нашей подборке пять материалов, доступных по приемлемым ценам и разнящихся по свойствам — от пластиков для преимущественно декоративной 3D-печати до вполне серьезных инженерных термопластов для производства технических изделий.
Перед тем как углубиться в подробности, напомним о необходимости в правильном хранении и просушивании материалов. Это может быть неочевидно, но все полимеры гигроскопичны, то есть впитывают воду, хоть и в разной степени. Даже если гигроскопичность пластика низка, во влажном климате на филаменте все равно может образовываться роса, да к тому же накапливаться пыль. Попадая в хотэнд, влага вскипает, а это приводит к образованию всевозможных дефектов — пониженной прочности, пропускам в слоях, наплывам. Пыль, с другой стороны, приводит к образованию нагара, что чревато постепенным забиванием сопла.
Чтобы не тратить впустую время, деньги и нервы, храните филаменты в плотно закрытых пластиковых пакетах или герметичных емкостях с пакетиками силикагеля. Еще лучше дополнительно просушивать филаменты непосредственно перед 3D-печатью, используя либо встроенный функционал, имеющийся у некоторых 3D-принтеров, либо специальные сушилки.
PLA
Полилактид (ПЛА, PLA) — один из самых распространенных полимеров в настольной 3D-печати и один из первых термопластов, взятых на вооружение энтузиастами аддитивных технологий. Причин на то несколько — относительная дешевизна, исключительная простота 3D-печати и безопасность.
ПЛА входит в категорию биополимеров, то есть изготавливается из растительного сырья — молочной кислоты, получаемой, как правило, из кукурузы. В чистом виде полилактид нетоксичен и лаже биоразлагаем, хотя этот момент необходимо пояснить: быстрого разложения можно добиться разве что горячим компостированием. В бытовых условиях пластик живет очень долго, а на открытом воздухе деградирует, но очень медленно, годами. Насчет токсичности тоже следует проявлять осторожность: безопасен сам полимер, а нетоксичность красителей и возможных модификаторов — отдельный вопрос. Если есть сомнения, лучше уточнить у производителя.
Нет, это не чудо-полимер, у него есть ряд недостатков. Главные — высокая хрупкость и низкая термостойкость. Это жесткий полимер, но в то же время уязвимый к нагрузкам, в том числе ударным, а потому не лучшим образом подходящий для 3D-печати технических деталей, например компонентов нагруженных механизмов. Усугубляет положение дел легкоплавкость: температура размягчения полилактида — всего около 50°С, так что этот полимер может «поплыть» даже просто сидя под жарким солнцем. В то же время он отлично походит для декоративной 3D-печати, производства игрушек и сувениров.
Одно из главных достоинств — очень непривередливое поведение при 3D-печати. ПЛА отличается низкой усадкой, а значит позволяет печатать крупные изделия без серьезного риска деформаций и растрескивания. Другими словами, он не требует 3D-принтера с закрытой камерой, а в большинство случаев можно обойтись даже без подогрева столика. Полилактид также демонстрирует отличную когезию слоев, а значит хорошую прочность на разрыв, даже если сам материал нельзя назвать инженерным.
Кстати, используется этот полимер не только любителями. Профессиональные дизайнеры и конструкторы ценят полилактид как удобный материал для быстрого прототипирования. Еще одно интересное направление носит уже промышленный характер: ПЛА нередко используется в 3D-печати выжигаемых мастер-моделей для точного литья, где низкая усадка и остаточная зольность обеспечивают высокую чистоту отливок и размерную точность.
Рекомендации по 3D-печати и постобработке
Для работы с полилактидом подойдут самые простые и дешевые экструзионные 3D-принтеры — без термокамер и даже без подогреваемых столиков, хотя небольшой нагрев не помешает. Адгезионные средства обычно не требуются, но в крайних случаях можно использовать специальный клей.
Так как полилактид легкоплавок, рабочий объем 3D-принтера желательно проветривать — например, открыть дверцу, если аппарат оснащен закрытой камерой. Экструдируется полилактид при примерно 200-220°C, а полностью затвердевает при 50°С, так что остывание происходит довольно долго. Чтобы ускорить процесс, необходимо настроить вентилятор обдува на высокую скорость, иначе неокрепший материал может деформироваться под весом следующих слоев.
Полилактид хорошо поддается покраске после предварительного грунтования. Перед грунтованием поверхности можно слегка обработать наждачной бумагой для лучшего схватывания, либо тщательно отшлифовать, если требуются ровные поверхности, без характерной для 3D-печати ребристости. При шлифовании опять-таки необходимо помнить о низкой термостойкости полилактида, ведь трение повышает температуру, и полимер при нагревании может стать вязким. Полезный метод — так называемое мокрое шлифование, где обрабатываемая модель и наждачная бумага периодически смачиваются водой для отвода тепла. Сверлить стоит, памятуя уже о хрупкости — медленно и аккуратно, чтобы модель не треснула. Для склеивания можно использовать цианоакрилатные клеи или дихлорметан.
SBS
Стирол-бутадиен-стирол (СБС, SBS) некогда был чрезвычайно популярен благодаря тем же преимуществам, что и PLA — низкой стоимости и простоте. Этот полимер — разновидность бутадиен-стирольного каучука, похожая на очень твердую резину. В отличие от привычной резины, SBS еще и полупрозрачен, а потому отлично подходит для изделий с внутренней подсветкой или просто прозрачных декоративных элементов и деталей.
Былую славу SBS растерял из-за одного существенного недостатка: он сильно уязвим к ультрафиолетовому излучению, а потому быстро теряет пластичность под воздействием солнечного света. Для эксплуатации на открытом воздухе этот материал если и применяется, то вкупе с защитными покрытиями или модификаторами. Внутри помещений полимер долговечен, если изделия держать подальше от окон и искусственного освещения с ультрафиолетом вроде «черного света».
Термостойкость SBS невелика: полимер подходит для продолжительной эксплуатации при температурах до 65°С и начинает размягчаться при примерно 80°С. SBS обладает хорошей упругостью и износостойкостью, сопротивлением воде, спиртам, гликолям, разбавленным кислотам и щелочам, но при этом уязвим к минеральным маслам и горюче-смазочным материалам, а также ароматическим и хлорированным углеводородам.
Рекомендации по 3D-печати и постобработке
Как и полилактид, SBS демонстрирует низкую усадку, позволяющую обходиться без термокамер. Столики обычно прогреваются до 65°С ради повышенной адгезии первых слоев с рабочими поверхностями. С SBS хорошо работают как полиэфиримидные адгезионные покрытия, так и клеи на изопропиловой основе. Температуры экструзии, как правило, не превышают 240°С, так что высокотемпературные хотэнды не требуются. Обдув желательно отключать, чтобы слои лучше схватывались друг с другом.
SBS хорошо шлифуется, но как и с полилактидом, необходимо помнить о низкой термостойкости, чтобы материал не размягчался от нагрева трением, и при необходимости смачивать обрабатываемое изделие и наждачную бумагу водой для отвода тепла. В качестве растворителей для сглаживания поверхностей и клеев можно использовать ацетон, дихлорметан или D-лимонен.
PETG
Если нужно что-то более прочное, термостойкое и долговечное, хороший выбор — полиэтилентерефталатгликоль или ПЭТГ (PETG). Этот термопласт — разновидность полиэтилентерефталата (ПЭТ), хорошо знакомого по пластиковым бутылкам и другой пищевой таре. Стандартный ПЭТ — полукристаллический полимер, а ПЭТГ — аморфный, лучше сохраняющий прозрачность при нагревании и остывании, а также обладающий более высокой вязкостью.
В наши дни ПЭТГ входит в тройку самых популярных термопластов для 3D-печати наряду с PLA и акрилонитрилбутадиенстиролом (ABS). К последнему мы еще вернемся. ПЭТГ же дает отличное сочетание высоких физико-механических характеристик, низких требований к оборудованию и доступной цены.
ПЭТГ — твердый, но в то же время гибкий полимер с прекрасной стойкостью к ударным нагрузкам и долговечностью при эксплуатации на отрытом воздухе. Помимо этого ПЭТ и ПЭТГ славятся отличной стойкостью к разнообразной домашней химии, жирам, спиртам, разбавленным кислотам и щелочам, а также горюче-смазочным материалам, при этом сам ПЭТГ нетоксичен, по крайней мере в чистом виде. Если используются красители или модификаторы, степень безопасности добавок лучше уточнять непосредственно у производителей.
Благодаря высокой прочности, ударной вязкости и износостойкости ПЭТГ хорошо подходит для 3D-печати не только декоративных изделий, но и конструкционных деталей — от защитных ударопрочных корпусов до нагруженных деталей механизмов. Температура размягчения ПЭТГ — в районе 80°С, так что до инженерного полимера в классическом понимании этот пластик немного не дотягивает, но по прочности, химической стойкости и стоимости подходит для самых разнообразных задач.
Рекомендации по 3D-печати и постобработке
При 3D-печати ПЭТГ хорошо спекается, обеспечивая высокую прочность при растяжении как вдоль, так и поперек слоев. В зависимости от красителей материал может быть полупрозрачным или непрозрачным. Высокотемпературные экструдеры не требуются, термокамеры используются опционально.
ПЭТГ хорошо схватывается с полиэфиримидными покрытиями и особенно хорошо со стеклянными столиками. Избыточная адгезия даже может вызывать трудности с отделением готовых моделей от столиков, так что при 3D-печати этим полимером желательно использовать специальные клеи, служащие одновременно и адгезионным средством, и разделительным слоем.
Типичный диапазон экструзионных температур — 215-245°С, столик желательно прогревать до примерно 80°С. Укладка при повышенных температурах хотэнда дает лучшую когезию слоев, но так как ПЭТГ обладает вязкой вязкостью, в таких случаях может образовываться так называемая паутина — тонкие нити пластика, тянущиеся за соплом. Паутина легко отделяется вручную после 3D-печати, при желании от нее можно избавиться усилением обдува укладываемых слоев и увеличением дистанции ретракта.
Ввиду той же вязкости ПЭТГ более сложен в механической обработке, особенно шлифовании. Покраска также затруднительна, но возможна после грунтования. Для сглаживания поверхностей и склеивания подойдет дихлорметан.
TPU
Термопластичные полиуретаны (ТПУ, TPU) занимают особую нишу. Это целое семейство материалов с широким диапазоном эластичности — от очень мягких вариантов до очень твердых. Начинающим пользователям стоит начинать именно с твердых материалов, так как они достаточно просты в обращении и позволяют получать детали с прекрасной ударной прочностью и химической стойкостью. Мягкие варианты служат альтернативой резине и находят применение в 3D-печати амортизаторов, ортопедических стелек, фрикционных накладок, уплотнительных колец и тому подобного.
Твердость полимеров обычно измеряется по шкалам Шора, как правило A для более мягких и D для более твердых, что особенно полезно при выборе филаментов из термопластичного полиуретана. Например, 70 по шкале Шора А означает очень мягкий пластик, 90 по шкале Шора А — пластик средней твердости, а 70 по шкале Шора D — очень твердый, напоминающий скорее жесткие пластмассы, чем резину.
Термопластичные полиуретаны обладают высокой ударной прочностью, особенно мягкие варианты, хорошо переносят длительное облучение ультрафиолетом, не боятся морозов, выдерживают эксплуатационные температуры до 80-90°С и воздействие горюче-смазочных материалов, щелочей и некоторых кислот.
Рекомендации по 3D-печати и постобработке
Проблема с мягкими вариантами TPU именно в их эластичности: филаменты могут растягиваться и сжиматься, что затрудняет настройку ретракта и подачу филамента по длинным боуденовским трубкам. При работе с мягкими полиуретанами настоятельно рекомендуется использовать директ-экструдеры, то есть экструдеры с прямой подачей филамента, где подающий механизм устанавливается прямо на головку, максимально сокращая длину прутка между шестернями и горлом хотэнда. С твердыми вариантами TPU работать значительно проще, так что начинать рекомендуем именно с них.
Закрытая камера не требуется, но не помешает, особенно при 3D-печати крупных изделий с более выраженной усадкой. Температуры экструзии зависят от варианта и, как правило, находятся в диапазоне 215-235°C, столик обычно прогревается до 60°С. Полиэфиримидные адгезионные покрытия работают хорошо, при необходимости на столик можно нанести клей на изопропиловой основе. Обдув укладываемых слоев желательно отключать для повышения когезии. Как и с ПЭТГ, при 3D-печати полиуретанами может образовываться паутина, но она легко отделяется вручную.
Распечатки из полиуретанов обычно не окрашиваются, так как этот материал в основном используется в производстве технических изделий. К тому же, если речь идет про нагруженные детали из мягкого ТПУ, лакокрасочные покрытия быстро растрескиваются и отваливаются. Шлифовать и красить имеет смысл только декоративные изделия из твердого полиуретана.
ABS
И напоследок, самый сложный материал. Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС, ABS) крайне популярен и широко используется в литейной промышленности благодаря высокой прочности, долговечности и термостойкости. ABS — настоящий инженерный термопласт, выдерживающий высокие нагрузки и кипящую воду, а также отличный диэлектрик, хорошо подходящий для 3D-печати конструкционных элементов электрических приборов и электронной техники.
Огромные объемы производства ABS обуславливают и достаточно низкую стоимость. Все было бы хорошо, но он еще и крайне капризен при 3D-печати, демонстрируя высокую усадку и будучи склонным к растрескиванию, да к тому же очень неприятно пахнет при нагревании.
ABS стоек к слабым растворам кислот и щелочей, растворам неорганических солей и горюче-смазочным материалам, но уязвим ко многим органическим растворителям, включая ацетон и дихлорметан. Этот полимер также не очень долговечен при эксплуатации на открытом воздухе, под воздействием ультрафиолетового излучения. Правда, у него есть близкий родственник под названием акрилонитрилстиролакрилат (АСА, ASA) — более дорогой, но стойкий к ультрафиолету, а по физико-механическим и химическим свойствам аналогичный ABS.
Рекомендации по 3D-печати и постобработке
Главная проблема при 3D-печати ABS — высокая усадка, практически всегда требующая наличия термокамеры для стабилизации геометрии в процессе 3D-печати. Построение в открытой камере чревато закручиванием углов и растрескиванием по слоям. Обойтись без закрытой камеры можно разве что при 3D-печати очень маленьких деталей. К тому же, закрытые камеры помогают сдерживать неприятный, резкий запах. Мы бы порекомендовали хорошо вентилировать помещение, чтобы не дышать хоть и очень слабыми, но все же токсичными парами стирола.
Сверхвысокие температуры экструзии не требуются, хватает примерно 240-270°С, но столик обязательно прогревать до примерно 100°С — это поможет задержать усадку и снизит риск отлипания от столика во процессе 3D-печати. Для повышения адгезии можно использовать клей на изопропиловой основе или самодельный раствор ABS в ацетоне. Ацетон наряду с дихлорметаном также отлично подходит для сглаживания поверхностей и склеивания.
При 3D-печати крупных деталей могут потребоваться и вспомогательные структуры — так называемые рафты. По сути, это 3D-печатные подложки, принимающие на себя деформации первых слоев. По завершении 3D-печати такие структуры отделяются вручную и утилизируются, повышая трудоемкость и расход материалов, но с ABS это зачастую неизбежно. Рафты можно добавить в программной обеспечении — слайсере.
С постобработкой у ABS все отлично: он прекрасно сверлится и шлифуется, хорошо красится, особенно с предварительной грунтовкой, сглаживается и склеивается доступным ацетоном. Один популярный прием — так называемые ацетоновые бани, где модель на деревянной подставке помещается в закрытую емкость с небольшим количеством ацетона на дне, а затем емкость подогревается примерно до 70°С. Ацетон начинает испаряться и медленно «съедает» пластик, образуя гладкие, глянцевые поверхности. При использовании этого метода необходимо помнить две важные вещи. Во-первых, обработка ацетона неминуемо ведет к потере детализации, так что выдерживать модели в бане слишком долго не стоит. Во-вторых, емкость ни в коем случае нельзя подогревать на открытом огне или электрической плите: ацетон горюч, а пары ацетона взрывоопасны. Безопасный способ — помещать емкость с моделью и ацетоном в тару побольше, наполненную горячей, но не кипящей водой.
В общем и целом, ABS можно считать входным экзаменом в инженерную 3D-печать. Если вы справитесь с этим материалом, вас уже ничто не напугает. АБС при этом достаточно дешев, так что можно набивать руку без сильного урона бюджету.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию.
3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.
Связаться с нами можно:
По телефону: 8 (800) 775-86-69
Электронной почте: Sales@3dtool.ru
На нашем сайте: 3dtool.ru
Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте